Spulenfreier
Hf-Breitbandvorverstärker
Üblicherweise sind für einen gewöhnlichen
Hf-Vorverstärker der Einsatz von Spulen notwendig. Diese sind
recht teuer oder müssen selbst gewickelt werden, was den
zeitlichen Aufwand erhöht und die Reproduzierbarkeit erschwert.
Hier soll ein Hf-Vorverstärker vorgestellt werden, welcher ohne
irgend eine Spule auskommt und dabei zusätzlich eine
Phantomspeisung noch möglich ist. Des weiteren ist der
Vorverstärker in seinen Bauteilpreisen recht günstig.
Zur Schaltung:
Der Vorverstärker arbeitet mit einem Transistor vom Typ BFP420
(Fa. Infineon). Dieser Transistor besitzt eine hohe Transitfrequenz
(25 GHz) und kostet bei Conrad 0,41€ (Stand 1.3.2005,
Best.-Nr. 153174). Wird der Transistor mit 50 Ohm
an seinem Eingang gespeist, so liegt sein minimales Rauschen im
Bereich von Kollektorströmen die knapp unter 4 mA liegen.
Nachfolgend ist die realisierte Schaltung als Schaltplan
aufgezeichnet.
Abbildung 1: Hf-Breitbandvorverstärker für
Phantomspeisung und direkter Versorgung
Die Schaltung wurde so ausgelegt, daß die Versorgung durch eine
Phantomspeisung (12V) oder direkt über eine 12V-Versorgung
erfolgen kann. Zu diesem Zweck dient die Doppeldiode (BAT 17-04)
und sind die 2 Schutzwiderstände von 390 Ohm vorhanden.Möchte
man nur über den Ausgang (HF aus) die Schaltung mit Strom
versorgen, so kann natürlich die Doppeldiode (BAT 17-04)
und der 390Ohm Widerstand
entfallen.
Durch den Einsatz von 100 nF Kondensatoren am Eingang und
Ausgang reicht die untere Grenzfrequenz des Vorverstärkers bis
in den kHz-Bereich. Nachteil ist, daß im Fall einer
Phantomspeisung diese nicht schlagartig angelegt werden darf, da
sonst der Transistor schaden nimmt. Ursache ist die geringe zulässige
Kollektor-Emitter-Spannung von lediglich 4,5 V. Bis der 100 nF
Kondensator aufgeladen ist, fließt eine zu hohe Energie durch
den Transistor. Aus diesem Grund wurde ein 56 Ohm
Widerstand als Schutz in Serie geschaltet und ein „großer“
Blockkondensator von 4,7µF am 56 Ohm
Kollektorwiderstand angebracht. Damit ist die
Kollektor-Emitterspannung beim ersten Anlegen einer Phantomspannung
von 12 V im ersten Moment „nur“ noch 6 V und der
Spitzenstrom ist zusätzlich begrenzt (Innenwiderstand der
Phantomspeisung ist damit mindestens 28 Ohm).
Wer hier sicher gehen möchte sollte anstelle von
56 Ohm 100 Ohm oder
noch mehr in Reihe zum 100 nF Kondensator legen und die selbe
Maßnahme auch beim 4,7 nF Kondensator durchführen.
Nachteil ist dann, daß bei geringen Frequenzen das S22 am
Ausgang der Schaltung sich verschlechtert. Man muß also
abwägen, was einem wichtiger ist. Ansonsten sollte die Schaltung
ein brauchbares S22 liefern (wurde nicht vermessen), da im
wesentlichen bei Frequenzen unter 1 GHz nur der 56 Ohm
Kollektorwiderstand die maßgebliche Rolle der Ausgangsimpedanz
darstellt. Der Basisspannungsteiler wurde etwas aufwendiger
gestaltet, um Rauschspannungen von der Versorgung vom Eingang des
Transistors fern zu halten. Auf die 5,6 V Zenerdiode könnte
man verzichten wenn sichergestellt ist, daß die
Versorgungsspannung nie deutlich über 12 V liegen wird.
Wer also auf die Verarbeitung von niedrigen Frequenzen keinen Wert
legt und nur über eine Phantomspeisung mit ca. 12V den
Verstärker betreiben möchte kann den Bauteilaufwand der
Schaltung nach Abbildung 2 reduzieren (es muß keine
Schottkydiode als Verpolschutz gewählt werden).
Abbildung 2: „Vereinfachte“
Version
Aufbau:
Die Schaltung nach Abbildung 1 wurde lediglich auf einer einfachen
SMD-Lötpunktplatine aufgebaut (Rastermaß 1,26mm). Die
Unterseite der Platine wurde großflächig mit Lötzinn,
als Massefläche, überzogen. In Abbildung 3 ist der
zugehörige Layoutplan zu finden. Die Quadrate im Hintergrund
haben eine Kantenlänge von 1,25 mm, so daß die
Schaltung auf einer Fläche von 2,25 cm x 1 cm Platz
findet.
Abbildung
3: Layout nach Variante in Abbildung 1
Zwei Photos der
Schaltung:
Meßwerte:
Der Verstärker hat eine Rauschzahl von max. 2 dB bis ca.
2,5 GHz, bei einer Verstärkung von 7,5 dB und mehr.
Die Verstärkung ist auf 0 dB gesunken bei einer Frequenz
von knapp 6 GHz.
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